引言

操作系统是计算机科学的核心领域之一，它负责管理计算机硬件和软件资源，提供用户与计算机之间的交互界面。本教学大纲旨在为学生提供操作系统原理的全面解析，从基础概念到高级技术，帮助学生从入门到精通。

教学大纲

一、课程基本信息

  • 课程编号：OS101
  • 课程类别：专业核心课程
  • 适用专业：计算机科学与技术、软件工程、网络工程等
  • 学分：4学分
  • 总学时：64学时（理论学时：48学时，实验学时：16学时）

二、课程目标

  • 知识目标：

    • 掌握操作系统的基础概念、原理和设计方法。
    • 了解不同类型的操作系统及其特点。
    • 理解操作系统的主要功能模块，如进程管理、内存管理、文件系统、设备管理等。
    • 掌握操作系统的高级技术，如虚拟化、并发控制、内存分配策略等。

  • 能力目标：

    • 能够分析操作系统的工作原理和设计理念。
    • 具备操作系统性能调优和故障排除的能力。
    • 能够使用操作系统开发工具进行系统分析。
    • 能够参与操作系统的研究和开发。

  • 素质目标：

    • 培养学生的逻辑思维能力和抽象思维能力。
    • 增强学生的团队合作意识和创新意识。
    • 培养学生的实践能力和动手能力。

三、教学内容

第一部分：操作系统基础

  • 操作系统概述：操作系统的定义、发展历史、分类、功能等。
  • 计算机体系结构：中央处理器、存储器、输入输出设备等。
  • 系统调用：系统调用的概念、分类、实现方法等。

第二部分：进程管理

  • 进程与线程：进程与线程的概念、特点、关系等。
  • 进程调度：进程调度的算法、调度策略等。
  • 进程同步与互斥：互斥锁、信号量、条件变量等。

第三部分：内存管理

  • 内存组织：内存的层次结构、虚拟内存技术等。
  • 内存分配与回收：内存分配策略、页面置换算法等。
  • 内存保护与共享：内存保护机制、共享内存技术等。

第四部分：文件系统

  • 文件系统概述：文件的概念、目录结构、文件系统类型等。
  • 磁盘调度：磁盘调度算法、磁盘空间分配策略等。
  • 文件存储与检索：文件存储方式、文件检索技术等。

第五部分：设备管理

  • 设备驱动程序：设备驱动程序的概念、开发方法等。
  • I/O系统：I/O系统的组成、工作原理等。
  • 中断处理：中断的概念、中断处理机制等。

第六部分：高级操作系统技术

  • 虚拟化技术：虚拟化技术的概念、实现方法等。
  • 并发控制：并发控制的基本原理、锁机制等。
  • 操作系统性能优化：性能调优方法、性能分析工具等。

四、教学方法与手段

  • 课堂教学：通过讲解、讨论、案例分析等方式，使学生掌握操作系统的基本概念、原理和技术。
  • 实验课程：通过实验，使学生掌握操作系统的开发、调试和维护技能。
  • 案例教学：通过分析实际操作系统的案例，使学生了解操作系统的实际应用。

五、考核方式

  • 平时成绩：课堂参与、作业、实验报告等。
  • 期末考试：笔试，包括选择题、填空题、简答题和编程题等。

六、教材与参考书目

  • 教材：《操作系统教程》（作者：汤小丹等，出版社：西安电子科技大学出版社）
  • 参考书目：
    • 《现代操作系统》（作者：Andrew S. Tanenbaum，出版社：机械工业出版社）
    • 《Linux内核设计与实现》（作者：Robert Love，出版社：电子工业出版社）
    • 《Unix环境高级编程》（作者：W. Richard Stevens，出版社：电子工业出版社）

通过本课程的学习，学生将能够全面了解操作系统的原理和技术，为从事操作系统相关领域的工作奠定坚实的基础。